超薄高鋁蓋板玻璃強化性能與Na+濃度關系研究

江啟洪

（四川虹科創新科技有限公司，四川 綿陽 621000）

高鋁蓋板玻璃是制造觸摸屏的主要原材料，應用于筆記本、平板、智能手機、穿戴、工控和車載等各種平板顯示終端，保護顯示屏面板不受沖擊，同時傳達鮮明影像的核心材料。采用離子交換化學增強方法對玻璃增強，主要工作原理為將玻璃置于380~430℃的硝酸鉀溶液中，利用玻璃表面離子遷移和擴散特性，離子半徑大的K+進入玻璃網絡同離子半徑相對小的Na+進行離子交換，產生“擠塞”增強效應，使玻璃表層微裂紋減少（小）、消失，并在玻璃表面形成壓應力層，中間形成張應力，從而使得玻璃增強，可以達到抗刮花、耐沖擊的效果。

隨著生產的不斷進行，熔鹽中Na+逐步增加，而且在整個離子交換過程中還會產生多種對交換過程非常不利的離子，從而降低熔鹽濃度，阻礙離子交換；同時，離子交換是一種逆向交換，會存在已置換出來的Na+置換玻璃表面半徑大的K+離子的可能性，使玻璃表面“疏松”，從而對玻璃強度產生負作用。因此，研究鋼化液中Na+濃度變化對蓋板玻璃表面應力CS、交換層深度DOL、四點抗彎強度4PB等強化性能的影響。總結同一強化條件下，不同Na+濃度對CS、DOL、4PB等強化性能的對應關系，從而在生產中動態監控鋼化液中Na+濃度對指導生產非常必要。

1 試驗條件

（1）玻璃品種：超薄高鋁玻璃0.55 mm。

（2）樣品規格：145 mm×73 mm×0.55 mm。

（3）鋼化條件：400℃/4.5 h，強化鹽為以色列海法硝酸鉀。

（4）測試參數：

CS/DOL：表面應力儀（FSM-6000LE），玻璃光彈系數27.2 nm/cm/MPa，折射率1.51。

4PB：桿徑?6 mm，上跨距20 cm，下跨距40 cm，下壓速度10 mm/min。

（5）鹽液處理：通過添加不同量的硝酸鈉，測試在相同強化條件下CS和DOL變化情況。

2 試驗結果

按設計的試驗條件進行試驗，得出試驗數據和結果，Na+濃度與強化CS和DOL的關系見表1，CS與4PB對應關系見表2，Na+濃度與強化性能四大指標關系見表3；CS與Na+關系折線圖如圖1所示，DOL與Na+關系折線圖如圖2所示，CS與4PB關系折線圖如圖3所示，CS與4PB B10關系折線圖如圖4所示。

圖1 CS與Na+濃度關系折線圖

圖2 DOL與Na+濃度關系折線圖

圖3 CS與4PB關系折線圖

圖4 CS與4PB B10關系折線圖

表1 Na+濃度與強化CS和DOL的關系

表2 CS與4PB對應關系

表3 Na+濃度與強化性能指標關系

根據試驗結果，發現Na+濃度對應力層深度DOL影響甚小，DOL比較穩定。為進一步探索影響超薄蓋板玻璃DOL的因素，試驗設計了在Na+濃度基本不變，不同溫度不同時間的強化條件下試驗，得出CS DOL試驗結果，強化溫度和時間與DOL有關系，如圖5所示，強化溫度和時間與CS關系如圖6所示。結果表明，DOL主要受溫度和時間影響，隨溫度提升、時間延長而增大。CS在380℃出現峰值，隨溫度提升、時間延長而衰減。

圖5 強化溫度和時間與DOL關系折線圖

圖6 強化溫度和時間與CS關系折線圖

3 分析結論

通過試驗及分析，鋼化液中Na+濃度與玻璃強化性能存在以下關系：（1）強化玻璃表面壓應力CS隨著離子交換鋼化液中Na+濃度的增加而下降，Na+濃度對蓋板玻璃應力層深度DOL影響甚小，DOL在同一強化條件下比較穩定。CS同時受溫度和時間影響較大，在鋼化溫度380℃處出現峰值，隨溫度提升、時間延長而衰減；DOL主要受溫度和時間影響，隨溫度提升、時間延長而增大。

（2）同一強化條件下，CS與4PB、4PB B10呈正相關關系，Na+濃度增加，CS下降，4PB和4PB B10同時下降。

4 結束語

通過試驗找出Na+濃度與蓋板玻璃強化后CS、DOL、4PB等強化性能的對應關系，指導生產過程中對鋼化爐鹽液的Na+濃度進行動態監測管控，通過補充或更換新鹽的方式，控制Na+濃度在一定區間內，確保生產出強化性能滿足客戶指標要求的蓋板玻璃產品，提高企業產品質量和經濟效益。